JP2007009768A - 火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気性能向上とトルク向上との両立を図ることのできる火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 過給装置３８と、吸気弁２８および排気弁４２のバルブオーバラップ量を制御可能なバルブオーバラップ量制御手段と、燃焼室１８内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２０を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置において、燃焼に寄与せずに排気系に吹き抜ける新気吹き抜け量を推定する新気吹き抜け量推定手段と、該新気吹き抜け量推定手段により推定された新気吹き抜け量に応じ、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気弁および排気弁のバルブオーバラップ量を制御可能な可変バルブタイミング機構と、筒内に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置に関し、特に、過給機を備え自動車用エンジンとして用いて好適な火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置に関する。

近年、点火プラグにより火花点火する内燃機関であって、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関が実用化されている。かかる火花点火式筒内噴射型内燃機関において、吸気弁および排気弁のいずれか、または両方の位相を変化させバルブオーバラップ量を調整することで、機関トルクの向上を図る技術がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１には、高負荷運転時にバルブオーバラップ量を拡大し、掃気効果を得ることで筒内のガス温度を低下させ、ノッキングを回避することによりトルクを向上させるようにした技術が開示されている。この技術によると、燃料の吹き抜けがないために排気の悪化を招かないとしている。

また、特許文献２には、作動角を変化させる形式の可変吸気弁機構を用い、ノッキング頻度が大となったら点火時期を遅角させると共に吸気弁の作動角を拡大して閉時期を遅らせ、実圧縮比を低下させることによりノッキングを回避するようにした技術が開示されている。

特開平９−３１７５２０号公報 特開平１１−３６９０６号公報

ところで、上記特許文献１に開示された技術によれば、確かに、ノッキングを回避することにより機関トルクの向上は期待できる。しかしながら、燃料の吹き抜けがない反面、空気のみが吹き抜ける結果、筒内と排気管内の空燃比に差が生じ、排気性能とトルクの維持との両立ができなという問題がある。

また、特許文献２に開示された技術では、吸気弁の作動角と点火時期とを制御し、効果的にノッキング回避を行っているものの、空気の吹き抜けに起因する排気性能の悪化に関しては言及されていない。

そこで、本発明の目的は、排気性能向上とトルク向上との両立を図ることのできる火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供することにある。

このため、本発明に係る火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置の一形態は、過給装置と、吸気弁および排気弁のバルブオーバラップ量を制御可能なバルブオーバラップ量制御手段と、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置において、燃焼に寄与せずに排気系に吹き抜ける新気吹き抜け量を推定する新気吹き抜け量推定手段と、該新気吹き抜け量推定手段により推定された新気吹き抜け量に応じ、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記燃料噴射制御手段は、筒内流入新気量と前記新気吹き抜け量とから得られる筒内残留新気量に基づいて、筒内空燃比を所定空燃比とする燃料噴射量に制御することが好ましい。

なお、前記筒内空燃比の所定空燃比は出力空燃比であってもよい。

さらに、排気管内の空燃比を推定する排気管内空燃比推定手段を備え、前記バルブオーバラップ量制御手段は、該排気管内空燃比推定手段により推定された排気管内空燃比に基づいて、該排気管内空燃比を所定空燃比とするようにバルブオーバラップ量を制御してもよい。

前記排気管内空燃比の所定空燃比は理論空燃比であってもよい。

また、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段を備え、前記バルブオーバラップ量制御手段は、該ノッキング検出手段により検出されたノッキングを抑制するようにバルブオーバラップ量を制御してもよい。

本発明に係る火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置の一形態によれば、過給装置と、吸気弁および排気弁のバルブオーバラップ量を制御可能なバルブオーバラップ量制御手段と、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置において、燃焼に寄与せずに排気系に吹き抜ける新気吹き抜け量が新気吹き抜け量推定手段によって推定される。そして、この新気吹き抜け量推定手段により推定された新気吹き抜け量に応じて、燃料噴射制御手段により燃料噴射弁からの燃料噴射が制御される。この結果、例えば燃料噴射量を、所望の空燃比が得られるように制御することができ、トルクの向上を図ることができる。

前記燃料噴射制御手段が、筒内流入新気量と前記新気吹き抜け量とから得られる筒内残留新気量に基づいて、筒内空燃比を所定空燃比とする燃料噴射量に制御する形態によれば、より精度よく所望の空燃比が得られる。

ここで、前記筒内空燃比の所定空燃比が出力空燃比であるときは、より大きなトルクを得ることができる。

また、排気管内の空燃比を推定する排気管内空燃比推定手段を備え、前記バルブオーバラップ量制御手段が、該排気管内空燃比推定手段により推定された排気管内空燃比に基づいて、該排気管内空燃比を所定空燃比とするようにバルブオーバラップ量を制御する形態によれば、所定の排気管内空燃比を得ることができ、排気浄化装置との組合せが容易となり排気性能を向上させることができる。

ここで、前記排気管内空燃比の所定空燃比が理論空燃比であるときは、排気浄化装置として三元触媒を用いて排気性能を向上させることができる。

さらに、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段を備え、前記バルブオーバラップ量制御手段は、該ノッキング検出手段により検出されたノッキングを抑制するようにバルブオーバラップ量を制御する形態によれば、ノッキング検出時にはバルブオーバラップ量が増大されて筒内残留ガスが掃気されるので、筒内温度低下によりノッキングを回避しつつトルクの向上を図ることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明が適用される、過給機を備えた火花点火式筒内噴射型内燃機関（以下、単に、エンジンともいう）の制御装置の概要を示すシステム構成図であり、１０はエンジン本体である。エンジン本体１０は、シリンダが形成されたシリンダブロック１２およびシリンダヘッド１４を備え、１６はシリンダ内を往復動するピストン、１８はピストン１６の上部に形成される燃焼室である。２０は燃焼室１８へ直接に燃料噴射するように配設された筒内インジェクタであり、２２は点火プラグである。なお、筒内インジェクタ２０は各々、高圧燃料ポンプ２４から高圧の燃料が供給される燃料デリバリパイプ２６に連通されている。

エンジン１０の吸気系では、吸気弁２８を介して燃焼室１８に連通する吸気ポート３０に吸気マニホルドを介して吸気管の吸気通路３２が連通されている。吸気通路３２はスロットル弁３４が介装されたスロットルチャンバに連通されている。スロットル弁３４はスロットルモータ３６によって駆動され、その開度がスロットル開度センサ３５により検出される、いわゆる電子制御スロットルである。そして、このスロットルチャンバの上流に過給機３８（例えば、ターボチャージャのコンプレッサ）が配設されている。更に、過給機３８の上流には吸入空気流量を計測するためのエアフローメータ４０が配設されている。

一方、エンジン１０の排気系では、排気弁４２を介して燃焼室１８に連通する排気ポート４４に排気マニホルドを介して排気管の排気通路４６が連通されている。排気通路４６には前述の過給機３８のタービン（不図示）が介装され、その下流に、三元触媒４８が配設されている。本実施の形態の過給機３８としてのターボチャージャは、タービンに導入する排気のエネルギーによりコンプレッサが回転駆動され、空気を吸入、加圧して過給するものであるが、過給機３８としては、他の機械式過給機を用いることができる。

本実施形態におけるエンジン１０は、吸気弁２８および排気弁４２のバルブオーバラップ量を制御するためのバルブオーバラップ量制御手段として、吸気弁２８の開閉タイミングを変更可能な吸気弁可変タイミング機構ＶＶＴinおよび排気弁４２の開閉タイミングを変更可能な排気弁可変タイミング機構ＶＶＴexを備えている。また、エンジン１０には、エンジン１０の回転数を検出するためのクランク角センサ（以下、回転数センサと称す）５０や要求負荷（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ５２が設けられている。さらに、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ５４や過給圧を制御するのに用いられる吸気管圧力センサ５５、および排気ガスの体積流量を計測する排気ガス流量計５６と排気ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度センサ５８が設けられている。さらに、本実施形態では、エンジン１０におけるノッキングを検出するためのノッキングセンサ６０が設けられ、これらの各種センサの出力がマイクロコンピュータ等で構成される電子制御ユニット１００に送られるようになっている。なお、６２は後述する本発明の他の実施形態において用いるべく、排気ポート４４に設けられ空燃比をほぼリニアに計測可能な空燃比センサである。このような空燃比センサ６２は既に市販されている。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１００は、上述の各センサから送られてきた出力値に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、過給圧、バルブオーバラップ量等を制御する。なお、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、過給圧、バルブオーバラップ量等の制御のために使用される基本的な制御値は、例えば縦軸に吸入空気量等で代表されるエンジンの負荷をとり、横軸にエンジン回転数をとったエンジン１０の運転状態を表す基本マップに、エンジン１０の要求特性等に合わせて実験的に求めた最適値が制御値として設定されており、これらの基本マップは電子制御ユニット１００のテーブルに保存されている。

そこで、本発明の第１の実施形態に係る制御装置による制御の一形態につき、図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、この制御ルーチンは例えば所定のクランク角毎に実行される。すなわち、制御が開始されてステップＳ１０１においての所定の運転状態の下で基本マップに基づく運転が行われているとき、ステップＳ１０２に進み所定以上の負荷増大の要求がなされたか否かが判定される。この判定は、アクセル開度センサ５２からの出力信号に基づいて行なわれ、所定以上の負荷増大の要求がないときには、再度、ステップＳ１０１に戻ることになる。換言すると、エアフローメータ４０により検出されるエンジン負荷を表す吸入空気量および回転数センサ５０によるエンジン回転数に基づき、基本マップから求められた所定の点火時期および所定のバルブオーバラップ量の下に、所定の燃料噴射量が燃焼室１８内に噴射される運転が継続されるのである。

ところで、ステップＳ１０２において、所定以上の負荷増大の要求があると判定されるとステップＳ１０３に進み、過給圧が増大される。これは過給機３８を制御することにより行なわれ、ステップＳ１０１における運転状態時に過給されていなかった場合には過給が開始され、既に過給されていた場合にはその過給圧が増大される。例えば、過給機３８がターボチャージャの場合には、タービン入口に配置されている可変ノズルあるいはタービンをバイパスする通路に配置されているウエストゲート弁が制御され過給圧が制御されるのである。

さらに、次のステップＳ１０４において、ステップＳ１０２での所定以上の負荷増大の要求の有無に伴い得られていた負荷の増大量に対応させて、バルブオーバラップ量が拡大制御される。本実施の形態では、例えば、吸気弁可変タイミング機構ＶＶＴinが制御されて、吸気弁２８の開閉タイミングが進角され、バルブオーバラップ量が拡大される。なお、このバルブオーバラップ量はエンジン回転数が高くなる程、大きくされている。

次に、ステップＳ１０５では上述の拡大されたバルブオーバラップ量の下に、燃焼に寄与することなく排気系に吹き抜ける新気吹き抜け量が、後述する新気吹き抜け量推定手段により推定される。そして、ステップＳ１０６では、この推定された新気吹き抜け量に応じて、燃料噴射制御手段を構成するＥＣＵ１００により筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量が制御される。具体的には、エアフローメータ４０により検出された吸入空気量である筒内流入新気量と、上記ステップＳ１０５で推定された新気吹き抜け量とから、筒内で実際に燃焼に寄与する充填空気量として得られる筒内残留新気量に基づいて、筒内空燃比を所定空燃比とするべく燃料噴射量が補正制御されるのである。さらに、ステップＳ１０７では、上記筒内空燃比が所定の出力空燃比（一般に、ガソリンエンジンではＡ／Ｆ＝１２．５付近）であるか否かが判定され、出力空燃比となるまでステップＳ１０６における燃料噴射量の補正制御が実行される。

ここで、本発明に用いられる上述の新気吹き抜け量推定手段の諸例について、以下に説明する。上述のように、エンジン１０の排気通路４６には排気ガスの体積流量を計測する排気ガス流量計５６と排気ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度センサ５８が設けられている。

排気ガス流量計５６としては、例えば、図３に示すような構成のオリフィス流量計５６０を用いることができる。このオリフィス流量計５６０は排気通路４６に流れ方向に直交して配置されたオリフィス５６２を備え、その上流側と下流側とにそれぞれ圧力検出孔５６４ＵＰおよび５６４ＤＷが開口されている。そして、これらの上流側検出孔５６４ＵＰおよび下流側検出孔５６４ＤＷにてそれぞれ検出される上流側圧力Ｐ１および下流側圧力Ｐ２の差圧ΔＰが計測ないしは演算により求められる。この差圧ΔＰは排気通路４６を流れる排気ガスの流速（流量）の二乗に比例して変化するので、差圧ΔＰを計測ないしは演算により求めることにより、排気ガス流量を求めることができるのである。

また、酸素濃度センサ５８としては、図示はしないが、例えば、ガルバニ電池式の酸素濃度計を用いることができる。このガルバニ電池式の酸素濃度計は、金、銀などの貴金属を陰極に、鉛などの卑金属を陽極として、苛性カリ水溶液や塩化カリ水溶液の電解液中に浸漬させたガルバニ電池を用いている。ガルバニ電池では、酸素の透過性に優れた隔膜を通してガス中の酸素が電解液に溶解すると、溶解した酸素量に比例する還元電流が発生する。ガルバニ電池の出力電流は、隔膜を透過した酸素量、つまりガスの酸素分圧に比例するので、この電流を測ることにより酸素濃度を知ることができるのである。

そこで、本実施の形態では、排気通路４６に設けられた排気ガス流量計５６によって排気ガスの体積流量Ｑex[L/s]を計測すると共に、同じく排気通路４６に設けられた酸素濃度センサ５８によって排気ガス中の酸素濃度Ｏ_２vol[%]を計測する。ここで、筒内に実際に充填された新気のうちの酸素が全て燃焼によって反応したとすれば、排気ガス中の酸素濃度として検出される酸素は、吹き抜けた新気中の酸素のみであると考えることができる。従って、新気吹き抜け量Ｇb[g/s]は次式（１）により求めることができる。
（１）Ｇb[g/s]＝Ｑex[L/s]×（Ｏ_２vol[%]／２１．０[%]）×（２９．６[g/mol]／２２．４[L/mol]）

ここで、「２１．０[%]」は標準的な空気中で酸素の占める割合。「２９．６」は空気の分子量（分子量と質量の関係は、質量＝分子量×モル）。「２２．４」は１モル当たりの標準状態における気体の容積[L]。かくて、「２９．６」／「２２．４」により、簡易的に１リットル[L]当たりの空気の質量[g]が求まる。

このように、新気吹き抜け量推定手段の一例は、排気ガス流量計５６と酸素濃度センサ５８と、これらによって得られた計測ないしは演算値により新気吹き抜け量を算出するＥＣＵ１００の演算部により構成されている。

また、新気吹き抜け量推定手段の他の例は、吸気通路３２に設けられたエアフローメータ４０と排気弁４２近傍の排気ポート４４に設けられた空燃比センサ６２と、これらによって得られた計測値により新気吹き抜け量を算出するＥＣＵ１００の演算部により構成される。より詳しくは、エアフローメータ４０によって計測された吸入空気量Ｇa[g/s]と筒内インジェクタ２０から実際に噴射された燃料噴射量Ｇf[g/s]とから筒内空燃比（Ａ／Ｆ）in＝Ｇa／Ｇfが求められる。そして、上述の空燃比センサ６２により、排気弁４２のみが開いているときの排気ポート内空燃比（Ａ／Ｆ）ex＝Ｇb／Ｇfが計測により求められる。かくて、実際の燃料噴射量Ｇf[g/s]は既知であるから、新気吹き抜け量Ｇb[g/s]は次式（２）により求めることができる。
（２）Ｇb[g/s]＝{（Ａ／Ｆ）in−（Ａ／Ｆ）ex}×Ｇf[g/s]

上述の本発明の第１の実施形態に係る制御装置による制御では、上記新気吹き抜け量推定手段のいずれか一方、または両者を同時に用いて、新気吹き抜け量Ｇb[g/s]を求め、これに応じて、筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量が所望の空燃比が得られるように制御される。より詳しくは、筒内流入新気量Ｇa[g/s]と新気吹き抜け量Ｇb[g/s]とから得られる筒内残留新気量に基づいて、筒内空燃比が所望の出力空燃比となるように筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量が補正制御される。従って、より大きなトルクを得ることができるのである。

次に、本発明の第２の実施形態に係る制御装置による制御の一形態につき、図４に示すフローチャートを参照して説明する。この第２の実施形態は、上述の第１の実施形態の筒内空燃比が所定の出力空燃比となるように筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量を補正制御するのに加えて、排気管の通路内の空燃比を所定の、例えば、理論空燃比に制御するようにしている点において第１の実施形態と異なるのみであるから、図４のフローチャートにおいては、理解の容易化を図るために、同一のステップについては図２に示したフローチャートのステップの符号をそのまま用い、その一部としての追加されたステップをＳ３００台で表すことにする。

この第２の実施形態においては、上述の第１の実施形態におけるステップＳ１０６での筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量の補正制御により、筒内空燃比が出力空燃比となったことがステップＳ１０７で判定された後、ステップＳ３０８に進んで排気管内の空燃比が理論空燃比であるか否かの判定が行われる。本実施の形態では、この排気管内の空燃比が理論空燃比であるか否かの判定は、排気管内空燃比推定手段として排気通路４６に設けられた前述の酸素濃度センサ５８を用いて酸素濃度がゼロより大きいか否かにより行なわれる。または、酸素濃度センサ５８に代えて、理論空燃比付近を境に出力が切り替わるＯ_２センサを用いてもよい。酸素濃度センサ５８またはＯ_２センサによる検出の結果、排気管内の空燃比が理論空燃比（一般に、ガソリンエンジンではＡ／Ｆ＝１４．７付近）の場合であると判定されたときには、三元触媒４８が活性領域にあることから、格別な制御を行なうことなくこの制御ルーチンは一旦終了される。

一方、ステップＳ３０８で理論空燃比でないと判定されると、排気管内の空燃比がリッチかリーンかがさらに判定される。そして、排気管内の空燃比が理論空燃比よりもリッチと判定されるとステップＳ３０９に進み、バルブオーバラップ量が増大ないしは拡大されて新気吹き抜け量が増大され、理論空燃比に近づけるように制御される。逆に、排気管内の空燃比が理論空燃比よりもリーンと判定されると同じくステップＳ３０９に進み、バルブオーバラップ量が減少ないしは縮小されて新気吹き抜け量を低減し、同じく理論空燃比に近づけるように制御される。なお、これらのバルブオーバラップ量の増減は、前述のように、吸気弁可変タイミング機構ＶＶＴinにより吸気弁２８の開閉タイミングを進遅角させるか、排気弁可変タイミング機構ＶＶＴexにより排気弁４２の開閉タイミングを遅進角させるか、または両者を同時に制御して行なわせてもよい。

このように、ステップＳ３０９においてバルブオーバラップ量の増または減の調整をした後は、再度、ステップＳ１０５に戻り、新気吹き抜け量が推定される。そして、この推定された新気吹き抜け量に応じて、筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量が制御され筒内空燃比の制御が行なわれること前述の通りである。かくて、この実施形態によれば、筒内空燃比が出力空燃比に制御されると共に排気管内空燃比は理論空燃比に制御されるので、より大きなトルクが得られると共に三元触媒での排気浄化処理が充分に行なわれ得、排気性能を向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る制御装置による制御の一形態につき、図５に示すフローチャートを参照して説明する。この第３の実施形態は、上述の第１の実施形態の筒内空燃比が出力空燃比となるように筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量を補正制御するのに加えて、ノッキングを回避する制御を付加している点において第１の実施形態と異なるのみであるから、図５のフローチャートにおいては、理解の容易化を図るために、同一のステップについては図２に示したフローチャートのステップの符号をそのまま用い、その一部としての追加されたステップをＳ４００台で表すことにする。

この第３の実施形態においては、上述の第１の実施形態におけるステップＳ１０６での筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量の補正制御により筒内空燃比が出力空燃比となったことがステップＳ１０７で判定された後、ステップＳ４０８に進んでノッキングが発生したか否かの判定が行われる。このノッキングが発生したか否かの判定はノッキング検出手段としてのノッキングセンサ６０からの出力信号に基づいて行なわれ、ノッキングが発生していないときは格別な制御を行なうことなく、この制御ルーチンは一旦終了される。

一方、ステップＳ４０８でノッキングの発生が判定されるとステップＳ４０９に進み、バルブオーバラップ量が拡大されて新気吹き抜け量を増大することにより、筒内掃気効率を向上させるように制御される。なお、このバルブオーバラップ量の拡大は、前述のように、吸気弁可変タイミング機構ＶＶＴinまたは排気弁可変タイミング機構ＶＶＴexにより吸気弁２８の開閉タイミングを進角させるか、排気弁４２の開閉タイミングを遅角させるか、または両者を同時に制御して行なわせてもよい。

このように、ステップＳ３０９においてバルブオーバラップ量の拡大の調整をした後は、再度、ステップＳ１０５に戻り、新気吹き抜け量が推定される。そして、この推定された新気吹き抜け量に応じて、筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量が制御され筒内空燃比の制御が行なわれること前述の通りである。かくて、この実施形態によれば、ノッキングによってエンジンのトルクを充分に向上させることができない場合に、バルブオーバラップ量を拡大することにより筒内残留ガスの掃気を確実に行なわせることで、筒内温度を低下させてノッキングを回避できるので、より大きなトルクを得ることができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る制御装置による制御の一形態につき、図６に示すフローチャートを参照して説明する。この第４の実施形態は、上述の第２の実施形態の筒内空燃比が出力空燃比となるように筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量を補正制御すると共に、排気管の通路内の空燃比を理論空燃比に制御するのに加えて、実圧縮比の低下によるトルク低下を抑制するようにしている点において第２の実施形態と異なるのみであるから、図６のフローチャートにおいては、理解の容易化を図るために、同一のステップについては図４に示したフローチャートのステップの符号をそのまま用い、その一部としての追加されたステップをＳ５００台で表すことにする。

そこで、この第４の実施形態では、ステップＳ１０４におけるバルブオーバラップ量の拡大制御やステップＳ４０９におけるバルブオーバラップ量の増減制御の後に、これらのバルブオーバラップ量の制御の前後での新気吹き抜け量の変化から、実際に筒内に充填されている燃焼に寄与し得る新気量を推定することにより、実際の充填量の低下があったか否かを判定するようにしている。具体的には、ステップＳ１０４やステップＳ４０９の後のステップＳ１０５における新気吹き抜け量の推定の次に、ステップＳ５１０において前回のルーチンサイクルにおける新気吹き抜け量と今回のルーチンサイクルにおける新気吹き抜け量とを比較することにより、新気吹き抜け量が増大した場合には実際の充填量の低下があったと判定される。実際の充填量の低下がないときは格別な制御を行なうことなくステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０５における新気吹き抜け量の推定に対応させて前述のように筒内インジェクタ２０からの燃料噴射量が補正制御される。

一方、ステップＳ５１０で実際の充填量の低下があったと判定されるとステップＳ５１１に進み、バルブオーバラップ量が減少されて新気吹き抜け量を減ずることにより実際の充填量の維持が図られる。かくて、この実施形態によれば、実際の充填量の低下延いて実圧縮比の低下によるトルク低下を抑制することができる。

なお、上述の実施形態においては、バルブオーバラップ量制御手段として、吸気弁可変タイミング機構ＶＶＴinや排気弁可変タイミング機構ＶＶＴexを用いたが、吸気弁や排気弁のバルブ作用角（作動角）やリフト量を変更可能な可変吸気弁機構や可変排気弁機構を用いてもよいことは云うまでもない。

本発明が適用される、過給機を備えた火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置の概要を示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る制御装置による制御の一形態を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に用いられる排気ガス流量計の概要を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る制御装置による制御の一形態を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る制御装置による制御の一形態を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る制御装置による制御の一形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン本体
１８ 燃焼室
２０ 筒内インジェクタ
２８ 吸気弁
３４ スロットル弁
３８ 過給機
４０ エアフローメータ
４２ 排気弁
４８ 三元触媒
５０ クランク角センサ（回転数センサ）
５８ 酸素濃度センサ
６０ ノッキングセンサ
６２ 空燃比センサ
１００ 電子制御ユニット
ＶＶＴin 吸気弁可変タイミング機構
ＶＶＴex 排気弁可変タイミング機構

Claims (6)

1. 過給装置と、吸気弁および排気弁のバルブオーバラップ量を制御可能なバルブオーバラップ量制御手段と、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置において、
   燃焼に寄与せずに排気系に吹き抜ける新気吹き抜け量を推定する新気吹き抜け量推定手段と、
   該新気吹き抜け量推定手段により推定された新気吹き抜け量に応じ、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射制御手段は、筒内流入新気量と前記新気吹き抜け量とから得られる筒内残留新気量に基づいて、筒内空燃比を所定空燃比とする燃料噴射量に制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
3. 前記筒内空燃比の所定空燃比は出力空燃比であることを特徴とする請求項２に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
4. 排気管内の空燃比を推定する排気管内空燃比推定手段を備え、
   前記バルブオーバラップ量制御手段は、該排気管内空燃比推定手段により推定された排気管内空燃比に基づいて、該排気管内空燃比を所定空燃比とするようにバルブオーバラップ量を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
5. 前記排気管内空燃比の所定空燃比は理論空燃比であることを特徴とする請求項４に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
6. ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段を備え、
   前記バルブオーバラップ量制御手段は、該ノッキング検出手段により検出されたノッキングを抑制するようにバルブオーバラップ量を制御することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
   

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